Summary
एमईजी युवा बच्चों के लिए आकार प्रणाली के आगमन के मस्तिष्क के विकास का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण नए अवसरों को खोलता है. नई प्रणाली, एक प्रोटोकॉल है कि बच्चों की क्षमता के साथ प्रयोगात्मक आवश्यकताओं aligns के साथ साथ स्वस्थ, जाग तीन से छह वर्ष के बच्चों में संज्ञानात्मक और भाषा प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
Protocol
इन दिशानिर्देशों preschoolers में संज्ञानात्मक मस्तिष्क समारोह magnetoencephalography (एमईजी) का उपयोग को मापने के लिए उपकरण और प्रक्रियाओं का वर्णन. सबसे पहले, हम सामान्य दिशा निर्देशों और मुद्दों है कि जब बच्चों में संज्ञानात्मक समारोह के प्रायोगिक परीक्षण ले विचार किया जाना चाहिए पर चर्चा की. दूसरा, हम एक चार वर्षीय बच्चों के प्रेरक और व्यवहार क्षमता के साथ एमईजी डेटा संग्रह की आवश्यकताओं को संरेखित करने के लिए विकसित प्रोटोकॉल का वर्णन.
1. एम ई जी के साथ युवा बच्चों का अध्ययन करने के लिए जनरल विचारों
एमईजी शोधकर्ताओं अद्वितीय चुनौतियों का एक नंबर का सामना जब जाग स्वस्थ बच्चों के साथ काम कर रहे हैं. सबसे पहले, एक बुनियादी और कार्यात्मक प्रयोगशाला वातावरण धमकाना या युवा बच्चों को डराने की संभावना है. दूसरा, एक प्रयोगात्मक एमईजी अध्ययन की बुनियादी आवश्यकताओं को आंदोलन के प्रतिबंध में शामिल हैं और सक्रिय रूप से एक विस्तारित अवधि के लिए एक कार्य में भाग लेने की स्थिति है कि कई वयस्कों को खोजने के लिए कठिन और असुविधाजनक है. जब बच्चों के अध्ययन यह जरूरी हो जाता है बच्चों की क्षमताओं और सीमाओं के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं के अनुकूलन. इस खंड में, हम प्रारंभिक विषय के लिए एक डाटा अधिग्रहण सत्र में भाग लेने की तैयारी में शामिल चरणों का वर्णन.
: 1.1 / परिचय प्रशिक्षण सत्र प्री - स्कूल बच्चों के लिए एक सत्र / परिचय प्रशिक्षण वास्तविक डाटा अधिग्रहण सत्र के लिए पहले से निर्धारित है. इस सत्र के बच्चे अपनी गति से पर्यावरण और शोधकर्ताओं के साथ परिचित बनने के लिए अनुमति देता है. हम शोधकर्ताओं के बच्चे और माता पिता के शुरू करने और उन्हें प्रयोगशाला परिवेश और दिनचर्या से परिचित है. प्रारंभिक सत्र के अंत तक माता पिता और बच्चे सभी भाग लेने में शामिल कदम समझते हैं और समझते हैं कि वे डेटा रिकॉर्डिंग के दौरान क्या उम्मीद करनी चाहिए. यदि पहली यात्रा के दौरान, एक बच्चे को शर्म या उत्सुक दिखाई देता है, हम विश्राम का समय की अवधि है जब तक वे और अधिक सहज महसूस. फिर, हम सभी चरणों की शुरुआत के साथ आगे बढ़ना.
1.2 पर्यावरण की व्याख्या: बच्चे को एमईजी पर्यावरण की व्याख्या, हम एक विषय है कि बच्चे के अनुकूल वातावरण के लिए एक औचित्य प्रदान करता है रोजगार. उदाहरण के लिए, एमईजी प्रणाली एक अंतरिक्ष साहसिक जहां कुछ अपरिचित घटनाओं घटित हो सकता है पर बच्चों को ले कर अंतरिक्ष यान है. प्रयोगशाला भी दीवार स्टिकर और खिलौने (1 छवि) के साथ सजाया गया है, और यह एक समर्पित playroom है. जब बच्चे से बात कर, हम है कि बच्चों को आसानी से जैसे 'ठंड' कम से कम आंदोलन 'के बजाय', और 'अंतरिक्ष यात्री हेलमेट' मार्कर का तार टोपी 'के बजाय' समझ सकते हैं भाषा का उपयोग करें.
1.3 बच्चे के लिए और माता पिता के लिए प्रक्रियाओं की व्याख्या: हम बच्चे और माता पिता के चरणों का है कि ले रहे हैं पहले बच्चे चुंबकीय परिरक्षित कमरा (MSR) के अंदर चला जाता है दिखाते हैं. पहले कदम के विषय के सिर पर पांच मार्कर कुंडल टोपी फिट है, इन coils एमईजी हेलमेट के अंदर विषय के सिर की स्थिति का संकेत है. बच्चे की मदद के साथ, हम digitize एक कठपुतली के सिर के आकार, और फिर हम बच्चे और MSR / अंतरिक्ष यान के लिए कठपुतली के साथ माता पिता को आमंत्रित. MSR एक बार अंदर, हम हेलमेट के अंदर एक फिल्म देखने के लिए कठपुतली सिर जगह. हम तो बच्चे को पूछना अगर वे कठपुतली के साथ फिल्म देखना चाहते हैं. यदि बच्चे को आराम से और आराम है और अपने माता पिता हमारे प्रोटोकॉल के साथ संतुष्ट है, हम उन्हें अंतरिक्ष यान के अंदर एक खेल खेलने के लिए अगली बार जब वे हमारी प्रयोगशाला की यात्रा को आमंत्रित.
1.4 कार्यपुस्तिकाएँ: हम अंतरिक्ष साहसिक विषय है कि बच्चों परीक्षण सत्र के दौरान ले जाएगा चरणों से पता चलता है पर आधारित कार्यपुस्तिकाओं है. बच्चे इन worksbooks दिया जाता है के लिए घर ले जाओ और अगले यात्रा के लिए तैयार करने में अपने माता पिता के साथ उन के माध्यम से काम. कार्यपुस्तिकाओं के उद्देश्य के लिए परीक्षण के लिए तीन प्रमुख आवश्यकताओं के महत्व पर जोर दिया है: एक) MSR के अंदर किसी भी लौह सामग्री के परिहार, ख) मार्कर का तार टोपी की नियुक्ति के लिए सटीक सह पंजीकरण और ग डेटा को सुनिश्चित करने) और डिजिटलीकरण और डाटा अधिग्रहण के दौरान अभी भी शेष के महत्व को.
2. पूर्व स्कूल की आयु के बच्चों से एमईजी संकेतों को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल
2.1 डाटा अधिग्रहण और प्रयोगात्मक कार्य के दौरान प्रयोग किया जाता उपकरण
मार्कर का तार टोपी: क्रम में विषय के संरचनात्मक जानकारी (जैसे एमआरआई या डिजीटल सिर आकार), पांच coils के एक सेट के साथ एमईजी डेटा को संरेखित करने के लिए एक तैराकी टोपी है कि बच्चे एमईजी हेलमेट के अंदर पहनती में रखा जाता है. इन coils संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य और उनके पदों पर कार्य के लिए उपाय कितना अधिग्रहण के दौरान विषय के सिर ले जाया गया है से पहले और बाद में तुलना कर रहे हैं.
Digitizer: डाटा अधिग्रहण से पहले, पांच मार्कर coils और विषय के सिर के आकार की स्थिति एक Polhemus एफ का उपयोग कर डिजीटल हैastrak ® digitizer (Colchester, VT). digitizer एक कलम digitizer, तीन रिसीवर, एक ट्रांसमीटर और एक गति ट्रैकिंग इकाई के होते हैं. इस प्रक्रिया coils के स्थान उपाय. बाद में इन स्थानों के स्थान जानकारी एमईजी द्वारा प्राप्त अधिग्रहीत चुंबकीय डेटा और सिर के आकार पंक्ति के खिलाफ मिलान कर रहे हैं.
बाल एमईजी सिस्टम: डाटा अधिग्रहण एक पूरे सिर बच्चे एमईजी प्रणाली (किट, कानाज़ावा, जापान) का उपयोग किया जाता है. [2 ] डेटा लगातार 1000Hz का एक नमूना दर पर अधिग्रहण कर लिया है, एक ऑनलाइन बैंड .03 हर्ट्ज और 200Hz के बीच से गुजारें फिल्टर के साथ. मार्कर का तार पदों पर पहले और बाद में सिर आंदोलन को मापने के लिए रिकॉर्डिंग प्राप्त कर रहे हैं. डेटा खारिज कर रहे हैं अगर सिर आंदोलन 5mm से अधिक है.
एमईजी प्रणाली बाह्य उपकरणों: प्रायोगिक उत्तेजनाओं एक प्रस्तुति का उपयोग कर पीसी के साथ नियंत्रित कर रहे हैं ® (neurobehavioral सिस्टम, Albany, सीए) . दृश्य निविष्टियाँ एक प्रोजेक्टर है कि MSR बाहर बैठता है और MSR स्क्रीन पर परिलक्षित द्वारा वितरित कर रहे हैं. श्रवण उत्तेजनाओं Etymotic अनुसंधान मॉडल द्वारा वितरित कर रहे हैं ईआर 30 डालने के बच्चे के आकार फोम earpieces (Etymotic अनुसंधान इंक, Elk Grove Village, आईएल) के साथ सज्जित इयरफ़ोन. बच्चे लगातार क्लोज सर्किट कैमरे से नजर रखी है और experimenter एक माइक्रोफोन के माध्यम से बच्चे के साथ संचार.
2.2 अधिग्रहण डेटा: डेटा रिकॉर्डिंग सत्रों में निम्नलिखित चरणों में शामिल हैं:
बच्चे के आगमन से पहले: मैं स्टेज
यह महत्वपूर्ण है सभी कंप्यूटर, सॉफ्टवेयर और उपकरण प्रयोग करने के लिए जैसे ही बच्चे को आता है शुरू करने के लिए तैयार है. सिफारिश के रूप में एक सामान्य, दो अनुभवी शोधकर्ताओं उपस्थित होना चाहिए जबकि बच्चे और माता पिता प्रयोगशाला में हैं. शोधकर्ता, माता पिता और बच्चे के बीच साफ संचार प्रयोग की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं.
स्टेज द्वितीय: के बाद बच्चे को आता है
- सहमति रूपों पर हस्ताक्षर किए हैं और प्रयोगकर्ताओं की जांच अगर माता पिता के प्रश्न हैं.
- experimenter चेक अगर बच्चे सब पहली बैठक के दौरान या पुस्तिकाओं में शुरू कदम याद है और किसी भी है कि नहीं याद कर रहे हैं reintroduces. ठंड या कम से कम डिजिटलीकरण और डाटा अधिग्रहण के दौरान आंदोलन के महत्व पर बल दिया है. यह एक कठपुतली का उपयोग कर प्रदर्शन किया जा सकता है.
- फिर, experimenter जांचता है अगर बच्चे किसी भी लौह सामग्री ले जा रहा है (चमक पैच के साथ कपड़े, गहने, जेब के अंदर भूल खिलौने, हेयर पिन, आदि). यदि वे कपड़े का एक टुकड़ा है कि लौह सामग्री शामिल ले, हम उन्हें एमईजी सुरक्षित कपड़ों के साथ प्रदान करते हैं. यदि माता पिता के प्रयोग के दौरान बच्चे के साथ चाहता है, हम यह सुनिश्चित करना है कि वे भी अपने लौह सामग्री हटाने.
स्टेज III: बच्चे MSR के अंदर कार्य करने के लिए तैयार हो रही है
- experimenter टोपी है कि 5 मार्कर coils के धारण फिट बैठता है.
- experimenter मार्कर coils के स्थान और बच्चे के सिर के आकार digitizes. आदेश में एक निश्चित स्थिति में सिर को बनाए रखने के लिए, हम एक गर्दन ब्रेस जो तीन रिसीवर के साथ फिट किया गया है का उपयोग करें. यह आंदोलन या 'ठंड' नियमित रूप से एक अच्छा सिर के आकार को प्राप्त करने के लिए कम से कम करने के विचार को सुदृढ़ करने के लिए महत्वपूर्ण है. बच्चे 'ठंड' में एक अच्छा काम करने के लिए एक स्टीकर के साथ पुरस्कृत किया जा सकता है.
- बच्चे को MSR में प्रवेश के लिए आमंत्रित किया है. इयरफ़ोन डाला और बच्चे एमईजी Dewar हेलमेट में एक लापरवाह स्थिति में तैनात है.
- एक बार बच्चे को नीचे झूठ बोल रही है एमईजी हेलमेट के अंदर उनके सिर के साथ आराम से, मार्कर coils उनके यूनिट बिजली के लिए जुड़े हुए हैं और MSR दरवाजा बंद कर दिया है. एक experimenter पूरे सत्र के दौरान कमरे में रहता है (और यह भी एक माता पिता, अगर वांछित).
- सेटअप के दौरान और डेटा संग्रह ब्लॉक के बीच में मनोरंजन के लिए, एक फिल्म या कार्टून MSR वापस प्रक्षेपण स्क्रीन पर पेश किया जा सकता है है.
स्टेज चतुर्थ: प्रयोग रनिंग
- एक बार MSR दरवाजा बंद कर दिया है, squids लगे हुए हैं और डाटा अधिग्रहण शुरू होता है.
- के रूप में बच्चे को एक फिल्म, एक coregistration पूर्व परीक्षण के लिए यकीन है कि एमईजी संकेतों डिजीटल सिर आकार करने के लिए coregistered किया जा सकता है है बनाने के लिए आयोजित किया जाता है देखता है. यह pretest मार्कर एमईजी प्रणाली द्वारा दिखाया स्थिति के साथ डिजिटलीकरण के दौरान प्राप्त coils के स्थान मिलान के होते हैं.
- पहला परीक्षण से पता चलता है कि बच्चे के सिर पर सही हेलमेट के अंदर तैनात है एक बार, शोधकर्ता प्रयोग शुरू कर सकते हैं: (क) फिल्म मौन है, (ख) शोधकर्ता बच्चा पूछता है अगर वे करने के लिए "खेल खेलने" के लिए तैयार हैं; (ग) एक बार खेल शुरू, experimenter नियमित रूप से प्रतिक्रिया के साथ बच्चे को प्रदान करता है. उदाहरण के लिए, एक बच्चे को वाक्यों की एक श्रृंखला के लिए सुनो, और एक लक्ष्य 'पनीर' के रूप में इस तरह के शब्द दोहराने की, जैसे ही वे इसे सुनना कहा जा सकता है. ये लक्ष्य शब्द को पकड़ने त्रिकोणीय एक सबसेट में एम्बेडेड रहे हैंए एल एस कि जांच कार्य को attentiveness जारी रखा, लेकिन अंतिम विश्लेषण में शामिल नहीं हैं.
- एक बार काम पूरा हो गया है, एक और मार्कर का तार माप के सिर की स्थिति और आंदोलन की निगरानी के लिए किया जाता है.
- एक बार squids ख़ाली कर रहे हैं, MSR दरवाजा खोला और बच्चे को एक playroom है जहां वे उनके अच्छे काम के लिए एक पुरस्कार का चयन कर सकते हैं करने के लिए आमंत्रित किया है.
3. प्रतिनिधि परिणाम
हमारी प्रयोगशाला में एक प्रतिनिधि अध्ययन इस प्रोटोकॉल का इस्तेमाल करने के लिए बच्चे की भाषा में तर्क के विकास का अध्ययन. छब्बीस 3-4 साल आयु वर्ग के बच्चों (4 वर्ष की आयु और 5 महीने मतलब) एक कम से कम अधिग्रहण सत्र में भाग लिया. सत्रह उन बच्चों के एक दूसरे परीक्षण सत्र के लिए लौट आए और पांच एक तिहाई परीक्षण सत्र के लिए आया था. औसत सिर आंदोलन 3.7 (एसडी 3.1 मिमी) से कम 5mm दहलीज के भीतर अच्छी तरह मिमी, किया गया था. 5mm की तुलना में अधिक से अधिक संचलन सत्र के 4.5% में भिन्नता 5.5 मिमी से 15 मिमी (मीन = 8.6mm, एसडी = 2.5 मिमी) से लेकर के साथ हुई.
चित्रा 1. MSR और एमईजी हेलमेट स्टिकर और मुलायम खिलौने के साथ सजाया गया है .
चित्रा 2 वयस्क आकार एमईजी (बाएं) में चार वर्षीय लड़की. उसके सिर के शीर्ष पर पैडिंग नोट आंदोलन और सिर और हेलमेट के बीच की दूरी कम से कम. राइट तस्वीर बच्चे एमईजी में एक ही लड़की से पता चलता है.
Discussion
इस प्रोटोकॉल के लिए स्वस्थ और जागते 4 वर्षीय बच्चों में संज्ञानात्मक मस्तिष्क समारोह की माप की सुविधा के लिए बनाया गया है. हम एक कस्टम आकार एमईजी पूर्व स्कूल की आयु के बच्चों के सिर फिट करने के लिए डिजाइन प्रणाली का उपयोग करें. इस प्रणाली के साथ, एक प्रयोगशाला पर्यावरण के अनुकूल, बच्चे और एक प्रोटोकॉल क्षमताओं और बच्चों की मंशा को अनुकूलित, हम एक आयु सीमा है जिसके लिए वहाँ वर्तमान में है बहुत कम डेटा में संज्ञानात्मक मस्तिष्क समारोह को मापने के लिए कर रहे हैं.
किट - मैक्वेरी प्रणाली पहली प्रणाली पूरे सिर पूर्व स्कूल की आयु के बच्चों के साथ उपयोग के लिए कस्टम आकार है. तीन बच्चों का अध्ययन करने के लिए अनुकूलित हेलमेट देवर के मुख्य लाभ कर रहे हैं. सबसे पहले, सेंसर विन्यास के छोटे त्रिज्या बच्चों के सिर के neuromagnetic संकेतों की सीमा में विद्रूप सेंसर लाता है. दूसरा, छोटे हेलमेट Dewar में एक बच्चे के सिर से भरा सम्मिलन की अनुमति देता है. पूर्ण प्रविष्टि वयस्क Dewar हेलमेट में छोटे बच्चों में दूरी (चित्र देखें 2.) मुकुट कंधे की वजह से रोका है. इन दो कारकों मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्डिंग एमईजी का उपयोग करने में मौलिक हैं क्योंकि neuromagnetic संकेतों दूरी के साथ तेजी से attenuate. तीसरा, और सिर के सममित स्थिति में अनुकूलित बच्चे हेलमेट एड्स और देवर के भीतर बच्चे के सिर के आंदोलन की स्वतंत्रता की सीमा. इन सुविधाओं में काफी सेटअप, स्थिति, और बच्चों से एमईजी संकेतों की माप की सुविधा.
कस्टम आकार बच्चे एमईजी प्रणाली के आगमन के संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण अग्रिम है. वैकल्पिक कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग तकनीक है कि radiopharmaceuticals या मजबूत चुंबकीय क्षेत्र को रोजगार युवा बच्चों के साथ नियमित प्रयोग के लिए उपयुक्त नहीं हो सकता. चूंकि एमईजी एक पूरी तरह से निष्क्रिय माप तकनीक है वहाँ ऊतकों के विकास के लिए कोई बोधगम्य जोखिम है. वहाँ वर्तमान में है बहुत स्वस्थ पूर्वस्कूली आयु वर्ग के बच्चों से थोड़ा एमईजी डेटा, क्योंकि पारंपरिक वयस्क एमईजी सिस्टम अच्छी तरह से बच्चों के साथ इस्तेमाल किया अनुकूल नहीं हैं. बाल एमईजी प्रणाली हमसे मस्तिष्क समारोह का अध्ययन उम्र जहां मस्तिष्क गतिविधि के एक नाटकीय संरचना उत्पन्न हो रही है पर, संज्ञानात्मक समारोह के सामान्य और रोग विकास में नए अंतर्दृष्टि प्रदान करने की अनुमति देगा.
Acknowledgments
यह काम ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद संबंध इन्फ्रास्ट्रक्चर उपकरण और सुविधाएं अनुदान LEO668421 और ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद संबंध परियोजना LP0669471 अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था. लेखक ब्रेन किट मैक्वेरी रिसर्च लेबोरेटरी की स्थापना में कृतज्ञता कानाज़ावा प्रौद्योगिकी और Yokogawa विद्युत निगम के संस्थान के सहयोग को स्वीकार करते हैं.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Whole head child MEG | Kanazawa Institute of Technology (Kanazawa) and Yokogawa Electric Corporation (Tokyo) | Model PQ1064R-N2m | |
| Magnetically shielded room | Fujihara Co. Ltd. | ||
| Digitiser | Polhemus (Colchester, VT) | Fastrack | |
| Experimental control software | Neurobehavioral Systems | Presentation | |
| Earphones | Etymotic Research Inc. | ER-30 |
References
- Hämäläinen, M., Hari, R., Ilmoniemi, R. J., Knuutila, J., Lounasmaa, O. V. Magnetoencephalography- theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain. Rev. Mod. Physics. 65 (2), 413-497 (1993).
- Johnson, B. W., Crain, S., Thornton, R., Tesan, G., Reid, M. Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array. Clin. Neurophysiol. , (2009).
- Kado, H., Higuchi, M., Shimogawara, M., Haruta, Y., Adachi, Y., Kawai, J., Ogata, H., Uehara, G. Magnetoencephalogram system developed at KIT. IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 4057-4062 (1999).
- Uehara, G., Adachi, Y., Kawai, J., Shimogawara, M., Higuchi, M., Haruta, Y., Ogata, H., Kado, H. Multi-Channel SQUID Systems for Biomagnetic Measurement. IEICE Trans. Electr. E86-C, 43-54 (2003).
